Outro factor de sucesso é o elenco. Chris Pine é excelente como Kirk, recriando a fisicalidade de Wiilliam Shatner, sem o imitar: é convencido e insolente mas sem ser arrogante. Zachary Quinto oferece um Spock mais emotivo, John Cho é algo neutro como Sulu, enquanto que Karl Urban, Anton Yelchin e Simon Pegg decidem caricaturar os originais Bones, Chekov e Scotty, respectivamente. Mas a grande revelação é Zoë Saldana como Uhura: forte, independente, apaixonada, decidida e competente. Esta é uma Uhura do século XXI e torna-se numa peça decisiva no triunvirato de personagens principais, juntamente com Spock e Kirk. Felizmente Abrams dá protagonismo a todos os elementos do elenco principal e cada um desempenha, num momento ou outro, acções decisivas para o desenrolar dos acontecimentos. A inclusão de Leonard Nimoy, como o Spock original demonstra que Abrams não procurou um corte radical com o passado e, apesar de eu não ser um conhecedor profundo da mitologia, são óbvias as inúmeras referências às séries e filmes anteriores, conseguindo inclusivamente algum humor com estes momentos, tais como a revelação de uma relação tórrida entre Kirk e uma personagem que um trekkie facilmente reconhecerá.